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Modelo matemático permite catalogar todos os neurónios do cérebro

Cientistas do Projeto Cérebro Azul, que está a tentar desenvolver um cérebro artificial, descobriram como as diversas formas dos neurónios podem ser classificadas usando um método matemático.

Modelo matemático permite catalogar todos os neurónios do cérebro

Isto significa que os neurocientistas agora poderão começar a criar um catálogo geral de todos os tipos de células do cérebro, algo que era impraticável até agora.

Com esse catálogo das células - uma espécie de “Tabela Periódica dos Neurónios” - será possível mapear sistematicamente a função e o papel - na saúde e na doença - de cada tipo de neurónio do cérebro.

“Durante quase 100 anos, os cientistas têm tentado nomear as células [do cérebro]. Eles descreveram-nas da mesma forma que Darwin descreveu animais e árvores. Agora, o Blue Brain Project desenvolveu um algoritmo matemático para classificar objetivamente as formas dos neurónios no cérebro. Isso permitirá o desenvolvimento de uma taxonomia padronizada [classificação de células em grupos distintos] de todas as células do cérebro, o que ajudará os investigadores a comparar os seus dados de maneira mais fiável”, explicou o professor Henry Markram, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

A possibilidade de catalogar os neurónios do cérebro surgiu graças ao trabalho da investigadora Lida Kanari, que desenvolveu um algoritmo para distinguir as diferentes formas do tipo mais comum de neurónio no neocórtex - as células piramidais.

Células piramidais são células semelhantes a árvores que compõem 80 por cento dos neurónios do neocórtex e, como antenas, recolhem informações de outros neurónios.

Basicamente, essas são as sequoias das florestas de árvores no cérebro. Elas são excitatórias, enviando ondas de atividade elétrica através da rede, conforme percebemos, agimos e sentimos.

Até hoje, os cientistas não chegaram a um consenso sobre como classificar os neurónios piramidais. Os anatomistas têm atribuído nomes e debatido os diferentes tipos nos últimos 100 anos, enquanto a mais recente neurociência tem sido incapaz de dizer com certeza quais tipos de neurónios são subjetivamente caracterizados.

Mesmo para neurónios visivelmente diferentes uns dos outros, não há uma base comum para definir consistentemente os tipos morfológicos.

A nova técnica matemática prova, pela primeira vez, que é possível classificar objetivamente as células piramidais aplicando ferramentas da topologia algébrica, o ramo da matemática que estuda a forma, a conectividade e a emergência de uma estrutura global a partir de restrições locais. Esse algoritmo pode então alimentar um sistema de inteligência artificial que poderá classificar os neurónios apenas analisando imagens.

A estrutura da maioria dos neurónios assemelha-se a uma árvore complexa, com múltiplos ramos que se conectam a outros neurónios e comunicam através de sinais elétricos.

O que os cientistas verificaram é que, se mantivermos os componentes mais longos da estrutura do neurónio e decompormos os ramos menores, podemos transformar a sua estrutura em forma de árvore num código de barras, um objeto matemático que pode ser usado como entrada para qualquer algoritmo de aprendizagem de máquina que classifique os neurónios em grupos distintos.

A definição objetiva dos tipos morfológicos é um primeiro passo essencial para uma melhor compreensão dos componentes básicos do cérebro: como a sua estrutura está relacionada com a sua função e como as propriedades locais dos neurónios estão conectadas às suas projeções de longo alcance.

O método criado pela equipa fornece um “descritor” universal de “árvores” neuronais, o que significa que ele pode ser usado para a descrição consistente de todos os tipos de células do cérebro, incluindo os neurónios de todas as regiões, como as células da glia.

Fonte: Diário da Saúde

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